基于GIS的海南省屯昌縣土地生態(tài)敏感性分析

趙曦+楚東馳

摘要：以海南省屯昌縣國土局、林業(yè)局、住建局等部門提供的空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取6個(gè)指標(biāo)因子構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系。利用層次分析法確定各因子權(quán)重，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，分析屯昌縣土地生態(tài)敏感性的空間分布情況。結(jié)果表明，屯昌縣生態(tài)敏感性較高的地區(qū)所占比重大，且空間分布差異明顯。研究結(jié)果可為屯昌縣各部門用地規(guī)劃協(xié)調(diào)提供一定的實(shí)證參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)敏感性；GIS；屯昌縣

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）20-5225-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.015

Abstract： Based on the spatial data provided by the apartment of Tunchang county government of Hainan province， 6 sensitivity factors were selected and their weights were determined by analytic hierarchy process. Combining with GIS spatial analysis technique， the spatial distribution of the ecological sensitivity of Tunchang county was figured out. The results showed that highly sensitive area occupied a lot and the spatial differentiation were significant. The study could provide scientific reference for Tunchang countys land-use plan.

Key words： ecological sensitivity； GIS； Tunchang county

生態(tài)敏感性指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動(dòng)干擾和自然環(huán)境變化的反映程度，表征發(fā)生區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和概率大小[1]。敏感性高的地區(qū)，對人類活動(dòng)的抗干擾能力弱，生態(tài)系統(tǒng)容易遭受破壞，從而引起生態(tài)環(huán)境方面的問題。中國改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化發(fā)展速度驚人。但由于缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)和統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃以及有效的管理手段，使得生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，生物多樣性銳減、水污染和大氣污染等生態(tài)問題日益突出。進(jìn)行生態(tài)敏感性分析，可以確定優(yōu)先和適宜開發(fā)的地區(qū)以及不宜開發(fā)的地區(qū)，對處理好經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的理論與實(shí)踐意義。

國內(nèi)外對生態(tài)敏感性的研究很多，有對單一對象的敏感性研究，如土壤沙漠化、侵蝕性的敏感性分析[2，3]、濕地生態(tài)敏感性分析[4]、水環(huán)境生態(tài)敏感性分析[5]等。也有對生態(tài)敏感性的綜合性研究，但多以地區(qū)、省、市級的大尺度研究為主，如GIS支持下的黔中地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性評估[6，7]、甘肅省生態(tài)環(huán)境敏感性評價(jià)及其空間分布[8]、池州市生態(tài)敏感區(qū)生態(tài)環(huán)境問題及其開發(fā)與保護(hù)[9-11]等。以縣級小尺度生態(tài)敏感性的綜合研究較少。本研究在縣域尺度上，以海南省屯昌縣各部門提供的空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立評價(jià)模型，選取災(zāi)害易發(fā)程度、坡度、植被、水源保護(hù)區(qū)、水系廊道和生態(tài)保護(hù)區(qū)6個(gè)指標(biāo)因子構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，綜合分析屯昌縣土地生態(tài)敏感性的分布情況，為屯昌縣各部門規(guī)劃用地的協(xié)調(diào)提供科學(xué)依據(jù)。

1 評價(jià)模型的建立

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動(dòng)干擾和自然環(huán)境變化的反映程度，即在同樣的人類活動(dòng)強(qiáng)度影響或外力作用下，各生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題（如沙漠化、鹽漬化、水土流失和酸雨）的概率。影響土地生態(tài)敏感性結(jié)果的因素很多，一方面，土地作為自然物，必然受到自然因素的影響，如地形地貌、水土涵養(yǎng)、植被覆蓋等；另一方面，土地作為人類發(fā)展的重要資源之一，又受到社會(huì)政策的影響。因此，本研究在選取指標(biāo)因子時(shí)，除了地形坡度、植被覆蓋等自然因子外，也包括國家通過政策人為劃定的保護(hù)區(qū)，如水源保護(hù)區(qū)、生態(tài)紅線區(qū)等受主觀因素影響的因子。從單一要素分析得到的單要素生態(tài)敏感性結(jié)果只能反映出該要素對區(qū)域的作用程度，不能綜合地表現(xiàn)出區(qū)域的生態(tài)敏感性，需根據(jù)因子權(quán)重，結(jié)合GIS空間分析功能，疊加單因子生態(tài)敏感性結(jié)果，最終形成屯昌縣土地生態(tài)敏感性的綜合評價(jià)體系。區(qū)域土地生態(tài)敏感性評價(jià)模型具體如下：

其中，P為生態(tài)敏感性評價(jià)值；A為各指標(biāo)的生態(tài)敏感性貢獻(xiàn)值，W為各指標(biāo)的生態(tài)敏感性權(quán)重。

1.1 數(shù)據(jù)來源與指標(biāo)體系建立

本研究所用空間矢量數(shù)據(jù)（.shp格式）如災(zāi)害易發(fā)區(qū)分布圖、生態(tài)紅線區(qū)分布圖、水源保護(hù)區(qū)分布圖、土地利用現(xiàn)狀圖等均由屯昌縣國土局、林業(yè)局和住建局等各部門提供。

生態(tài)敏感性通常是生態(tài)系統(tǒng)受到多因子共同作用而呈現(xiàn)出的抗干擾能力，往往需要定性和定量方法相結(jié)合進(jìn)行評價(jià)[12]。根據(jù)指標(biāo)因子的全面性、代表性、可比性和可獲得性原則，本研究選取了災(zāi)害易發(fā)程度、坡度、水系廊道、水源保護(hù)區(qū)、植被和生態(tài)紅線區(qū)6個(gè)指標(biāo)因子。

災(zāi)害易發(fā)程度指自然災(zāi)害發(fā)生的概率大小，災(zāi)害高易發(fā)區(qū)具備地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和氣候條件，容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，生態(tài)敏感性較高。

地形坡度是地表單元陡緩的程度，坡度較高的地區(qū)易引起水土流失、滑坡等自然災(zāi)害，相對地勢平坦的地區(qū)來說，生態(tài)敏感性較高。

水系廊道指河流水系等線狀或帶狀景觀要素。距離河流水系近的地方，土壤遭水流侵蝕作用強(qiáng)，水土流失敏感性高。

水源保護(hù)區(qū)是國家對某些特別重要的水體加以特殊保護(hù)而劃定的區(qū)域。本研究所用水源保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)由屯昌縣水務(wù)局提供。水源保護(hù)區(qū)級別分一級和二級，一級水源保護(hù)區(qū)的生態(tài)敏感性高于二級。

植被在保護(hù)區(qū)域生物多樣性、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面具有非常重要的作用。植被類型不同，其對土地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值不同。原生植被比次生植被和人工植被易受干擾而變得不穩(wěn)定，其生態(tài)敏感性更高。

生態(tài)紅線區(qū)指為維護(hù)國家或區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展，據(jù)生態(tài)系統(tǒng)完整性和連通性的保護(hù)需求，劃定了需實(shí)施特殊保護(hù)的區(qū)域。本研究所用的生態(tài)紅線區(qū)數(shù)據(jù)由海南省林業(yè)廳提供，分禁止紅線區(qū)和限制紅線區(qū)兩類。禁止紅線區(qū)生態(tài)敏感性高于限制紅線區(qū)。

1.2 因子權(quán)重計(jì)算

因各指標(biāo)因子對生態(tài)敏感性的影響程度不一致，所以需要根據(jù)其影響程度賦予相應(yīng)的權(quán)重。權(quán)重是反映各因子重要程度的依據(jù)，本研究應(yīng)用層次分析法來確定各因子的權(quán)重。

層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，通過明確問題、建立層次分析結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造判斷矩陣、求最大特征值及特征向量來確定權(quán)重，并通過一致性檢驗(yàn)，從而得出可行的綜合評價(jià)值，具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性和實(shí)用性[13]。本研究利用層次分析法的排序原理，通過專家打分，在標(biāo)度范圍1～9，逐一比較兩因子之間的相對重要程度，構(gòu)建判斷矩陣，求出判斷矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，通過滿意度檢驗(yàn)，確定最終各因子權(quán)重。具體計(jì)算步驟如下：

將判斷矩陣的每一列向量歸一化：

則m=（m1，m2…mn）T為所求的特征根向量，即各因子的權(quán)重。

根據(jù)各因子對生態(tài)敏感度重要性程度不同，對各個(gè)因子分別賦予不同的等級值，敏感性等級按極敏感、高度敏感、中度敏感、輕度敏感和不敏感分別賦值為9、7、5、3、1；某一區(qū)域較高的等級值表示該因子對生態(tài)敏感性具有較高的影響程度。因子權(quán)重及分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 生態(tài)敏感性評價(jià)

2.1 研究區(qū)概況

屯昌縣位于海南島中部偏北，地處五指山北麓，南渡江南岸，總面積1 233.24 km2。全縣為低山丘陵地帶，地勢呈南高北低，東西有山地，山地占全縣總面積5%，丘陵占85%，其他地占10%。全縣屬熱帶季風(fēng)氣候，長夏無冬，四季變化不大，年平均氣溫23.1～23.6 ℃，高溫多雨，干濕季分明。日照時(shí)間長，年日照1 900～2 100 h；雨水充分，年降水量1 960～ 2 400 mm；該區(qū)水能及礦產(chǎn)資源較為豐富，植被覆蓋率較高。

2.2 模型應(yīng)用

根據(jù)各部門提供的空間矢量數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 10.1軟件，通過緩沖、要素轉(zhuǎn)柵格、重分類等工具對每個(gè)評價(jià)因子分別賦予相應(yīng)的等級數(shù)值，得到各單因子生態(tài)敏感性分析圖（圖1）。

然后對各單因子敏感性分析圖按表1中對應(yīng)的權(quán)重，根據(jù)式1的計(jì)算公式，利用ArcGIS的柵格加權(quán)疊加功能進(jìn)行加權(quán)疊加后，得到屯昌縣土地生態(tài)敏感性綜合分析圖，結(jié)果見圖2。

按照屯昌縣敏感性評價(jià)的綜合得分值，將屯昌縣的敏感性程度分為5類：不敏感區(qū)（1.0～3.0）、輕度敏感區(qū)（3.1～5.0）、中度敏感區(qū)（5.1～6.0）和高度敏感區(qū)（6.1～7.0）和極敏感區(qū)（7.1～8.0）。各敏感性程度分布的面積以及占研究區(qū)的比例見表2。

3 結(jié)果與分析

從表2可以看出，屯昌縣生態(tài)敏感性較高（高敏感和極敏感）的地區(qū)所占比重較大，高敏感地區(qū)分布面積達(dá)327.74 km2，極敏感地區(qū)分布面積3.62 km2，敏感性較高的地區(qū)分布總面積達(dá)377.42 km2，占整個(gè)研究區(qū)面積的30.17%。通過圖2可以看出，屯昌縣生態(tài)敏感性的分布情況與研究區(qū)的地形地貌分布規(guī)律呈較強(qiáng)的相關(guān)度。高敏感性地區(qū)主要分布在縣域的西北、西南和東南部山地地區(qū)，即圖2所示的A、B、C、D 4個(gè)區(qū)域。

導(dǎo)致縣域土地生態(tài)敏感性高的主要因子不同。A區(qū)域生態(tài)敏感性高的主要原因是瀕臨南渡江，且位于坡度較高的山區(qū)地段，災(zāi)害易發(fā)程度高；B區(qū)生態(tài)敏感性高的主要原因是位于生態(tài)紅線禁止區(qū)內(nèi)，地表覆蓋主要為生態(tài)敏感性高的林地等類型；C區(qū)生態(tài)敏感性高的主要原因是位于木色湖風(fēng)景區(qū)，木色水庫和雷公灘水庫分布于此，是重要的水源保護(hù)區(qū)。同時(shí)周邊分布大多以林地為主，屬于禁止紅線區(qū)范圍；D區(qū)生態(tài)敏感性高的主要原因是地表覆蓋主要為生態(tài)敏感性高的林地類型，且屬于災(zāi)害易發(fā)程度高的地區(qū)，水系密布。敏感性較高的地區(qū)屬于脆弱生態(tài)環(huán)境區(qū)，極易受到人為破壞，而且一旦破壞很難短時(shí)期恢復(fù)，因而縣各部門對此類區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，應(yīng)以環(huán)境保護(hù)為主，嚴(yán)格管制土地的使用[14]。

屯昌縣生態(tài)敏感性中等和較低的地區(qū)主要分布在縣域中部的兩條軸線上，如圖2的L1和L2所示。該區(qū)坡度低，地勢較為平坦，是城鎮(zhèn)分布的主要地區(qū)。地表覆蓋類型多以建設(shè)用地、耕地和草地為主，少林地，且災(zāi)害易發(fā)程度低。對于中敏感地區(qū)，可作為限制性發(fā)展的地區(qū)，在該區(qū)應(yīng)以“在保護(hù)中開發(fā)，在開發(fā)中保護(hù)”為指導(dǎo)原則進(jìn)行適度開發(fā)，避免對生態(tài)環(huán)境的破壞[15]。對于低敏感和不敏感地區(qū)，由于環(huán)境的抗干擾能力較高，可以作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的主要區(qū)域。但環(huán)境的承載力是有極限的，因此在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，也應(yīng)注意環(huán)境的保護(hù)，走社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展道路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊志峰，徐 俏，何孟常，等.城市生態(tài)敏感性分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2002，22（4）：360-364.

[2] 劉 康，徐衛(wèi)華，歐陽志云，等.基于GIS的甘肅省土地沙漠化敏感性評價(jià)[J].水土保持通報(bào)，2002，22（5）：29-31，35.

[3] 羅先香，鄧 偉.松嫩平原西部土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)敏感性分析與預(yù)測[J].水土保持學(xué)報(bào)，2000，14（3）：36-40.

[4] 于冰沁，田 舒，車生泉.上海崇明西沙濕地景觀生態(tài)敏感性分析及規(guī)劃策略[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2012，14（6）：738-743.

[5] 范凌云，鄭 皓.西北旱區(qū)水環(huán)境生態(tài)敏感性分析[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2005，18（4）：19-23.

[6] 賀秋華，張 丹，陳朝猛，等.GIS支持下的黔中地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性評估[J].生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（3）：413-417.

[7] 關(guān)東海，蘇里坦·達(dá)尼爾汗.和田河流域生態(tài)敏感性分析[J].中國水土保持科學(xué)，2013，11（增刊）：41-47.

[8] 劉 康，歐陽志云，王效科，等.甘肅省生態(tài)環(huán)境敏感性評價(jià)及其空間分布[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（12）：2711-2718.

[9] 陳曉華.池州市生態(tài)敏感區(qū)生態(tài)環(huán)境問題及其開發(fā)與保護(hù)[J].池州師專學(xué)報(bào)，2003，17（5）：45-49.

[10] 張 磊，劉利強(qiáng)，胡海波.基于區(qū)域開發(fā)的欽州市生態(tài)敏感性分析及防控對策[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，25（3）：16-20.

[11] 莫建飛，盧 遠(yuǎn)，韋亮英.基于GIS的南寧城市生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價(jià)分析[J].地理信息世界，2007（5）：33-38，46.

[12] 孫才志，楊 磊，胡冬玲，等.基于GIS的下遼河平原地下水生態(tài)敏感性評價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（24）：7428-7440.

[13] 曾 群，王 榮，熊宏濤，等.武漢城市圈生態(tài)敏感性分析[J].華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，44（3）：491-496.

[14] 劉惠清，許嘉巍，劉鳳梅.景觀生態(tài)建設(shè)與生物多樣性保護(hù)[J].地理科學(xué)，1998，18（2）：156-162.

[15] 尹海偉，徐建剛，陳昌勇，等.基于GIS的吳江東部地區(qū)生態(tài)敏感性分析[J].地理科學(xué)，2006，26（1）：64-68.